一种地质灾害气象预警准确率的计算方法

摘要

本发明属于地质灾害防灾减灾技术领域，涉及一种地质灾害气象预警准确率计算方法，排除了降雨预报误差的影响。其具体包括：将研究区划分为多个预警单元，确定预警时段内各预警单元的地质灾害数量等级；获取各预警单元的预警级别，判断研究区发布预警的情况；分别计算预警时段内研究区预报正确的预警单元总数量NA、空报的预警单元总数量NB、漏报的预警单元总数量NC；利用TS评分法分别计算预警时段内的总命中率POD、总空报率FAR及总漏报率PO；利用TS评分法分别计算预警时段内降雨预报的命中率pod、空报率far及漏报率po；计算排除降雨误差的地质灾害气象预警的命中率POD’、空报率FAR’和漏报率PO’。

说明书

技术领域

本发明属于地质灾害防灾减灾技术领域，涉及一种地质灾害气象预警准确率计算方法。

背景技术

随着我国地质灾害高发，降雨诱发群发性地质灾害的问题尤为突出，地质灾害气象预警是有效防范降雨诱发地质灾害的重要途径之一。但由于降雨是各种尺度天气系统相互作用的结果，降雨预报是一个很复杂的问题，降雨预报准确率有限，且存在明显季节性变化，导致以降雨预报为主要基础数据开展的地质灾害气象预警预报结果准确性受到降雨预报准确率高低的直接影响。直接检验预警区内发生地质灾害得到的准确率实为降雨预报和地质灾害气象预警二者的总准确率。因此，为了客观评价地质灾害气象预警工作成效，制定一种能够排除降雨预报误差影响，针对地质灾害气象预警准确性的检验评价方法十分必要。

目前，国内外气象预报业务普遍采用的检验方法为TS评分(Threat score)，通过计算TS、命中率、空报率、漏报率检验降雨预报的准确性。一些学者提出了地质灾害气象预警准确率计算方法，并经过实践验证，从时间预报准确率、空间预报准确率、强度预报准确率等方面开展了大量有益探索，但计算结果仍为降雨预报和地质灾害气象预警二者的总准确率，由于包含降雨预报误差的影响，计算准确率较实际偏低。同时，现有地质灾害气象预警准确率计算方法只检验发布预警区的预警时段，实际上，准确把握降雨对地质灾害的诱发作用是地质灾害气象预警过程的关键，尤其对于地质灾害中高易发区在降雨条件下是否发布预警需准确判断，因此，也应检验未发布预警时段的准确性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种地质灾害气象预警准确率计算方法，排除了降雨预报误差的影响，增加未发布预警时段实际未发生地质灾害的检验，以提升地质灾害气象预警的准确率。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

这种地质灾害气象预警准确率的计算方法，具体包括如下步骤：

1)确定预警时段内地质灾害实际发生数量，逐个预警时段计算各预警单元的地质灾害数量等级；

2)获取各预警单元已发布的预警级别，判断研究区发布预警的情况；

3)将研究区以预警单元为单位，根据研究区发布预警的情况及各预警单元的地质灾害数量等级，分别计算预警时段内研究区预报正确的预警单元总数量NA、空报的预警单元总数量NB、漏报的预警单元总数量NC；

4)利用TS评分法，将研究区按发布预警或未发布预警两种工况分别计算预警时段内的总命中率POD、总空报率FAR及总漏报率PO；

5)利用TS评分法，采用预报有效雨量和实况有效雨量分别计算预警时段内降雨预报的命中率pod、空报率far及漏报率po；

6)根据步骤4)和步骤5)的结果计算排除降雨误差的地质灾害气象预警的命中率POD’、空报率FAR’和漏报率PO’。

进一步，所述步骤1)中计算各预警单元的地质灾害数量等级，具体步骤为：

定义各预警单元向外延伸l/2的范围为统计区，利用如下公式计算各预警单元地质灾害数量等级分界值；

上式中，T

进一步，所述步骤2)具体包括：

2.1)根据研究区的预警结果，将各预警单元内各预警级别的面积按大小进行排序，面积最大的预警级别则为当前预警单元的预警级别；

2.2)如果研究区内任一预警单元发布黄色或橙色或红色预警，则研究区在预警时段内发布预警；否则，研究区在预警时段内未发布预警。

进一步，所述步骤3)具体包括：

根据预警时段内研究区发布预警的情况及各预警单元的地质灾害数量等级，分别计算预警时段内研究区发布预警时，研究区预报正确的预警单元总数量NA、空报的预警单元总数量NB、漏报的预警单元总数量NC；

根据预警时段内研究区发布预警的情况及各预警单元的地质灾害数量等级，分别计算预警时段内研究区未发布预警时，研究区预报正确的预警单元总数量NA、空报的预警单元总数量NB、漏报的预警单元总数量NC。

具体地，在预警时段内研究区发布预警时，研究区预报正确的预警单元总数量NA、空报的预警单元总数量NB、漏报的预警单元总数量NC的计算方法如下：

如果未发布预警的预警单元发生地质灾害数量等级为1级，或者发布黄色预警的预警单元发生地质灾害数量等级为2级，或者发布橙色预警的预警单元发生地质灾害数量等级为3级，或者发布红色预警的预警单元发生地质灾害数量等级为4级，则当前预警单元预报正确，累加预警时段内预报正确的预警单元数量得到NA；

如果发布黄色预警的预警单元发生地质灾害数量等级为1级，或者发布橙色预警的预警单元发生地质灾害数量等级为1-2级，或者发布红色预警的预警单元发生地质灾害数量等级为1-3级，则当前预警单元空报，累加预警时段内空报的预警单元数量得到NB；

如果未发布预警的预警单元内发生地质灾害数量等级为2-4级，或者发布黄色预警的预警单元内发生地质灾害数量等级为3-4级，或者发布橙色预警的预警单元内发生地质灾害数量等级为4级，则当前预警单元漏报，累加预警时段内漏报的预警单元数量得到NC。

具体地，在预警时段内研究区未发布预警时，研究区预报正确的预警单元总数量NA、空报的预警单元总数量NB、漏报的预警单元总数量NC的计算方法如下：

如果预警单元内地质灾害数量等级为1级，则预报正确，累加预警时段内预报正确的预警单元数量得到NA；

对于未发布预警的预警时段，则空报单元总数量NB＝0；

如果预警单元内地质灾害数量等级为2-4级，则当前预警单元漏报，累加预警时段内漏报的预警单元数量得到NC。

进一步，所述步骤5)具体包括：

5.1)根据研究区预警单元的分布，对预报雨量和实况雨量作差，分别计算各预警单元中心点处的预报有效降雨量和实况有效降雨量；

5.2)对预报有效降雨量和实况有效降雨量划分等级，并确定各预警单元的降雨等级；

5.3)根据预报有效降雨量和实况有效降雨量等级判断降雨预报是否正确/空报/漏报；

5.4)利用TS评分法分别计算预警时段降雨预报的命中率pod、空报率far及漏报率po。

进一步，所述步骤5.2)中预报有效降雨量和实况有效降雨量的等级划分原则如下：

进一步，所述步骤5.3)具体包括：

5.3.1)当预报有效降雨量等级与实况有效降雨量等级相同，则预报正确，统计所有降雨预报正确的预警单元总数Na；

5.3.2)当实况有效降雨量等级比预报有效降雨量等级低，则空报，统计所有降雨预报空报的预警单元总数Nb；

5.3.3)当实况有效降雨量等级比预报有效降雨量等级高，则漏报，统计所有降雨预报漏报的预警单元总数Nc。

进一步，所述步骤6)具体包括：

6.1)当预警时段降雨预报的命中率或空报率或漏报率为0时，则预警时段地质灾害气象预警对应的命中率或空报率或漏报率为0；

6.2)当预警时段降雨预报的命中率、空报率或漏报率均不为0时，则预警时段的地质灾害气象预警对应的命中率POD’等于总命中率POD除以降雨预报的命中率pod，空报率FAR’等于总空报率FAR除以降雨预报的空报率far，漏报率PO’等于总漏报率PO除以降雨预报的漏报率po。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：这种计算方法，排除了降雨预报误差的影响，且计算结果能够直观地揭示降雨预报准确的情况下地质灾害预警工作本身存在的问题和不足，有助于预警模型的改进及完善，进一步提高预警准确性，从而更好地服务于地质灾害的防灾、减灾工作。

附图说明

图1为本发明提供的一种地质灾害气象预警准确率的计算方法的流程示意图；

图2为本发明选取的统计区的示意图；

图3为本发明实施例2所选研究区的示意图；

图4为本发明实施例2所选研究区的预警结果图；

图5为本发明实施例2预警时段内各预警单元地质灾害分布图；

图6为本发明实施例2预警时段内各预警单元预报有效降雨差值结果分布图；

图7为本发明实施例2预警时段内各预警单元实况有效降雨差值结果分布图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1

参见图1所示，本发明提供了一种地质灾害气象预警准确率的计算方法，具体包括如下步骤：

S1、确定预警时段内地质灾害实际发生数量，逐个预警时段计算各预警单元的地质灾害数量等级；其具体方法如下：

以预警单元为单位，取预警单元①向外延展l/2的范围为统计区，参见图2，通过下式计算各预警单元地质灾害数量等级分界值，根据预警时段内各预警单元内实际发生地质灾害的数量即可确定各预警单元的地质灾害数量等级(见表1)；

式中，T

具体地，可通过GIS系统，将对应预警时段内实际发生的地质灾害点坐标与研究区各预警单元进行投影，确定研究区各预警单元内地质灾害的分布情况。将各预警单元内地质灾害点数量与上述计算确定的地质灾害数量等级分界值逐一比较，即可确定该预警单元的地质灾害数量等级。

表1地质灾害数量等级划分表

S2、获取各预警单元已发布的预警级别，根据各预警单元的预警级别判断研究区发布预警的情况；其具体步骤如下：

根据研究区的预警结果，将各预警单元内各预警级别的面积按大小进行排序，面积最大的预警级别则为当前预警单元的预警级别；

如果研究区内任一预警单元发布黄色或橙色或红色预警，则研究区在预警时段内发布预警；否则，研究区在预警时段内未发布预警。

S3、将研究区以预警单元为单位，根据研究区发布预警的情况及各预警单元的地质灾害数量等级，分别计算预警时段内研究区预报正确的预警单元总数量NA、空报的预警单元总数量NB、漏报的预警单元总数量NC；上述三种参数的具体计算过程如下：

1.预警时段内研究区发布预警时：

若未发布预警的预警单元内发生地质灾害数量等级为1级，或者发布黄色预警的预警单元内发生地质灾害数量等级为2级，或者发布橙色预警的预警单元内发生地质灾害数量等级为3级，或者发布红色预警的预警单元内发生地质灾害数量级别为4级，均认为该预警单元预报正确。此时累加预警时段内预报正确的预警单元数量，记为NA；

若发布黄色预警的预警单元内发生地质灾害数量等级为1级，或者发布橙色预警的预警单元内发生地质灾害数量等级为1-2级，或者发布红色预警的预警单元内发生地质灾害数量级别为1-3级，则认为该预警单元空报。此时累加预警时段内空报的预警单元数量，记为NB；

若未发布预警的预警单元内发生地质灾害数量等级为2-4级，或者发布黄色预警的预警单元内发生地质灾害数量等级为3-4级，或者发布橙色预警的预警单元内发生地质灾害数量等级为4级，则认为该预警单元漏报。此时累加预警时段内漏报的预警单元数量，记为NC。

2.预警时段内研究区未发布预警时：

如果预警单元内地质灾害数量等级为1级，认为预报正确，累加预警时段内预报正确的预警单元数量，记为NA；

对于未发布预警的预警时段，均认为空报，空报单元总数量NB为0：

如果预警单元内地质灾害数量等级为2-4级，认为该预警单元漏报，累加预警时段内漏报的预警单元数量，记为NC。

S4、利用TS评分法，将研究区按发布预警或未发布预警两种工况分别计算预警时段内的总命中率POD、总空报率FAR及总漏报率PO，具体计算公式如下：

S5、利用TS评分法，采用预报有效雨量和实况有效雨量分别计算预警时段内降雨预报的命中率pod、空报率far及漏报率po，具体计算过程如下：

S5.1、根据研究区预警单元的分布，对预报雨量和实况雨量作差，分别计算各预警单元中心点处的预报有效降雨量和实况有效降雨量；其中，实况有效降雨采用预警当日和前6日每日实况降雨参与计算，预报有效降雨采用前6日实况降雨和预警当日预报降雨参与计算，降雨数据起始时间一致，均按照相同的有效降雨系数进行折减；

S5.2、对预报有效降雨量和实况有效降雨量划分等级(见表2)，并确定各预警单元的降雨等级；

表2降雨分级表

S5.3、根据预报有效降雨量和实况有效降雨量等级判断降雨预报是否正确/空报/漏报，具体过程如下：

S5.3.1、当预报有效降雨量等级与实况有效降雨量等级相同，则预报正确，统计所有降雨预报正确的预警单元总数Na；

S5.3.2、当实况有效降雨量等级比预报有效降雨量等级低，则空报，统计所有降雨预报空报的预警单元总数Nb；

S5.3.3、当实况有效降雨量等级比预报有效降雨量等级高，则漏报，统计所有降雨预报漏报的预警单元总数Nc；

S5.4、利用TS评分法分别计算预警时段降雨预报的命中率pod、空报率far及漏报率po，计算公式具体如下：

S6、根据步骤4)和步骤5)的结果计算排除降雨误差的地质灾害气象预警的命中率POD’、空报率FAR’和漏报率PO’，具体计算过程如下：

6.1)当预警时段降雨预报的命中率或空报率或漏报率为0时，则预警时段地质灾害气象预警对应的命中率或空报率或漏报率为0；

6.2)当预警时段降雨预报的命中率、空报率或漏报率均不为0时，则预警时段的地质灾害气象预警对应的命中率POD’等于总命中率POD除以降雨预报的命中率pod，空报率FAR’等于总空报率FAR除以降雨预报的空报率far，漏报率PO’等于总漏报率PO除以降雨预报的漏报率po，若计算结果大于1，则取1。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明提供了一种地质灾害气象预警准确率的计算方法。选取225km

取研究区1天(24h)的预警结果，计算该预警时段内的总准确率和降雨预报准确率，进而计算排除降雨预报误差的地质灾害气象预警准确率，具体计算过程如下：

S1、确定预警时段内地质灾害实际发生数量，逐个预警时段计算各预警单元的地质灾害数量等级，具体为：

首先，通过GIS系统，将对应预警时段内实际发生的地质灾害点坐标与研究区各预警单元进行投影，确定研究区各预警单元内地质灾害的分布情况，从而获取预警时段内各预警单元内实际发生地质灾害的数量(见图5)；

然后，取预警单元向外延展l/2的范围为统计区(见图2)，通过下式计算地质灾害数量等级分界值T

式中，T

表3预警单元地质灾害等级判断结果

S2、获取各预警单元已发布的预警级别，根据各预警单元的预警级别判断研究区发布预警的情况：

根据研究区的预警结果(见图4)，将各预警单元内各预警级别的面积由大至小进行排序，取面积最大的预警级别为该预警单元的预警级别；

如果研究区内任一预警单元发布黄色或橙色或红色预警，则研究区在预警时段内发布预警；否则，研究区在预警时段内未发布预警，参见表4。

表4预警单元预警等级判断结果

S3、将研究区以预警单元为单位，根据预警时段内研究区发布预警的情况及各预警单元的地质灾害数量等级，分别计算预警时段内研究区预报正确的预警单元总数量NA、空报的预警单元总数量NB、漏报的预警单元总数量NC，具体计算过程如下：

S3.1、结合研究区发布的预警级别、预警单元内地质灾害发生数量等级计算预报正确预警单元总数量NA：

对于预警时段内未发布预警的预警单元，若实际发生地质灾害数量等级为1级，认为该预警单元预报正确；

对于预警时段内发布黄色预警的预警单元，若实际发生地质灾害数量等级为2级，认为该预警单元预报正确；

对于预警时段内发布橙色预警的预警单元，若预警单元内发生地质灾害数量等级为3级，即认为该预警单元预报正确；

对于预警时段内发布红色预警的预警单元，若预警单元内发生地质灾害数量级别为4级，认为该预警单元预报正确。

对应表3、4，判断预警时段内研究区各预警单元预警正确情况见表5。

表5预警单元预警正确情况

因此，累加预警时段内研究区预报正确的单元数量，记为NA，NA＝6。

S3.2、结合研究区发布预警级别、预警单元内地质灾害发生数量等级计算空报的预警单元总数量NB：

对于发布黄色预警的区域，若预警单元内发生地质灾害数量等级为1级，认为该预警单元空报；

对于发布橙色预警的区域，若预警单元内发生地质灾害数量等级为1-2级，即认为该预警单元空报；

对于发布红色预警的区域，若预警单元内发生地质灾害数量级别为1-3级，即认为该预警单元空报。

对应表3、4，判断预警时段内研究区各预警单元预警空报情况见表6。

表6预警单元预警空报情况

因此，累加预警时段内研究区空报的预警单元总数量，记为NB，NB＝2。

S3.3、结合研究区发布预警级别、预警单元内地质灾害发生数量等级计算漏报的预警单元总数量NC：

对于发布蓝色预警的预警单元，若发生地质灾害数量等级为2-4级，认为该预警单元漏报；

对于发布黄色预警的预警单元，若发生地质灾害数量等级为3-4级，认为该预警单元漏报；

对于发布橙色预警的预警单元，若发生地质灾害数量等级为4级，认为该预警单元漏报。

对应表3、4，判断预警时段内研究区各预警单元漏报情况见表7。

表7预警单元预警等级判断结果

因此，累加预警时段内研究区漏报的预警单元总数量，记为NC，NC＝1。

S4、分别计算每个预警时段的总命中率、总空报率和总漏报率，具体计算参照TS评分法，

S5、利用TS评分法分别计算预警时段内降雨预报的命中率pod、空报率far及漏报率po，具体计算过程如下：

S5.1、根据研究区预警单元的分布，对预报雨量和实况雨量作差，分别计算各预警单元中心点处的预报有效降雨量和实况有效降雨量；

S5.2、对预报有效降雨量和实况有效降雨量划分等级，并根据预报有效降雨差值结果(参见图6)和实况有效降雨差值结果(参见图7)确定各预警单元的降雨等级，其划分原则参见表8；

表8降雨分级表

S5.3、根据预报有效降雨量和实况有效降雨量等级判断降雨预报是否正确/空报/漏报，参见表9：

当预报有效降雨量等级与实况有效降雨量等级相同，则预报正确，统计所有降雨预报正确的预警单元总数Na，Na＝4；

当实况有效降雨量等级比预报有效降雨量等级低，则空报，统计所有降雨预报空报的预警单元总数Nb，Nb＝4；

当实况有效降雨量等级比预报有效降雨量等级高，则漏报，统计所有降雨预报漏报的预警单元总数Nc，Nc＝1。

表9降雨等级判断结果

S5.4、利用TS评分法分别计算预警时段降雨预报的命中率pod、空报率far及漏报率po，具体计算过程如下：

S6、根据步骤4)和步骤5)的结果计算排除降雨误差的地质灾害气象预警的命中率POD’、空报率FAR’和漏报率PO’，具体计算如下：

当预警时段降雨预报的命中率或空报率或漏报率为零时，该预警时段地质灾害气象预警对应的命中率或空报率或漏报率为0；

当预警时段降雨预报的命中率、空报率或漏报率均不为0时，则预警时段的地质灾害气象预警对应的命中率POD’等于总命中率POD除以降雨预报的命中率pod，空报率FAR’等于总空报率FAR除以降雨预报的空报率far，漏报率PO’等于总漏报率PO除以降雨预报的漏报率po，具体计算方法如下：

由于命中率15/14的值大于1，则取POD’＝1，因此，该研究区在所选预警时段内，排出降雨预报误差后地质灾害气象预警命中率、空报率、漏报率分别为1、0.5、0.7。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。

应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。